光纤传输原理

一.光纤传输的原理
信号传输可分为两种方式，即模拟方式（基带信号）和数字方式。
早期的光传输中采用模拟方式，即由光的亮度直接表示信号的幅度（AM方式或IM方式），这种传输原理与在电缆中传输无本质的区别。其明显的缺点在于信号的质量受到传输系统的影响，另外就是信号的带宽不高。例如：视/音频信号的基带光发射/接收机，这类应用现已有成熟产品，不在本文讨论之列。 
 而数字传输是利用码流中的0和1控制激光管的开/关，形成脉冲的光信号，收端再将光脉冲恢复为电信号，其优点是： 
    1、只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复原信号，并且在传输中还可对数字信号进行纠错，这与数字信号传输原理一样； 
    2、激光管的开/关速度足够快（可在几十个GHZ）因此传输信号的码流也可足够快，信号带宽很宽。 
     由数字光纤传输的原理可知，只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复信号，如何保障这一点呢？激光发射器有一定的发射功率，光信号在光纤中传输时会有一些衰减（0.5dB/KM单模），在熔接（0.001dB/次）和接头（0.2-0.5dB/次）时也有衰减，但只要激光接收器收到的功率大于它的灵敏度，接收器就可以正确地恢复信号。现在应用的光发/收器件，发射功率与灵敏度之间有20-30dB的差是很容易办到的，那么在单模的传输系统中传输几十公里是完全办得到的，通信行业一般定在20KM左右。 
    单模（single-mode SM）是指光线在光纤中基本上按同一角度全反射，传输时只有单一模式，其优点在于损耗小，接收稳定；缺点在于光发/收模块价格较高，安装时要求精度高，但光纤比多模便宜（相差20-30%）。
多模（Multi-mode）是指光线在光纤中有多种角度反射，包括漫反射等，因此传输时有多种传输模式。其优点是光发/收模块便宜，安装时精度要求低一些，但多模光纤传输由于散射等现象，功率损失严重，传输距离要近得多（按通信行业标准为500米，本公司的产品实测在1KM时工作正常）且光纤较单模贵一点。 
二.利用光纤传输的技术意义
     1、以往在工程中实际遇到很多由于传输系统产生的问题如变暗、模糊、拖尾、干扰等，本公司已有专文论叙，有兴趣的用户可查看近期的杂志或上本公司网站阅读。从文章的原理性分析中可得出一个结论：目前工程中遇到的问题都与应用环境和传输系统参数有关。如果采用数字方式（DVI-D）传输，从原理上讲，可从根本上消除上述问题的产生（DVI-D原理及应用也有专文论叙）。另外，在电磁环境特殊的场合，光纤传输具有无可比拟的优势。 
    2、在利用电缆传输时，传输距离是个很关键的问题，数字信号（DVI-D）传输距离很短，一般规定在5-7米。当然可以利用“桥接”进行延长，但代价较高。经估算，在50米以上时，光纤传输的优点就已明显高于电缆传输，何况在某些超长距离传输中，光纤传输是有决定性意义的，例如在机场、火车站、地铁站、大型商场等场合，传输距离往往是公里一级的，电缆传输明显无法胜任，而光纤传输采用多模方式就可解决。在高速公路，油田或演习等场合，几公里或几十公里是常见的，用单模方式是可以解决上述问题的。 
    3、即使是在机房或控制中心时，在利用DVI-D信号直接到大屏时，使用光传输也并不比利用电缆传输更昂贵，在50米以上时，光纤甚至还要便宜。国内目前已有利用本公司产品进行全数字、全光纤的大屏应用实例，这将是一种全新的应用理念和增长点。 
    4、在工程施工时，完全可利用电信或有线电视行业的专业施工人员进行光纤熔接或自行熔接，这是件很容易的事情，甚至比做BNC头或VGA头还要容易。另外一个优点，就是光纤是多芯的，可以利用一条光缆，从中取出四芯解决一个终端，其它光纤继续前进，布线极为容易。光缆重量极轻，100米12芯光缆重量还不到1公斤，电缆要到30-40公斤，且价格也比电缆便宜许多，相比之下优势明显。 
三.光纤传输的应用 本公司利用DVI-D信号的光纤传输，推出光纤传输的系列产品，按照输入/输出是数字DVI-D还是模拟VGA，是利用单模（SM）、传输还是多模（MM）传输可分为下列产品： AKCC VGAT4 单模模拟输入发送 AKCC DVIT4 多模模拟输入发送 AKCC VGAR4 单模模拟输出接收 AKCC DVIR4 多模模拟输出接收 AKCC VGAT 单模数字输入发送 AKCC DVIT 多模数字输入发送 AKCC VGAR 单模数字输出接收 AKCC VGAR 多模数字输出接收以上都是利用四芯光纤进行传输，双芯和单芯的产品正在研制。 主要的区别在于： 
    1、单模传输的距离可达几十公里，多模传输的距离在1公里左右。 
    2、如果是DVI-D信号，可直接进行传输，如果是VGA模拟信号，要将VGA信号转换为DVI-D，或将DVI-D信号转换为VGA信号，即其中包括A/D、D/A的转换过程，A/D和D/A的转换按DVI1.0标准进行，转换后的模拟带宽为80MHZ，此指标比某些进口产品的有明显提高。 
    3、在多模能达到的距离内，从整个系统的全能配置角度讲，多模方式要比单模方式廉价。 
    4、传输过程中采用四芯光纤传输。从原理上进可用单芯光纤或双芯光纤，分频复用，但这样作成本可能还要高于用四芯光纤传输，故用四芯光纤不是因为技术原因，而是因为成本原因。一般情况下自布光缆，光纤资源很大，无所谓多占几芯（多芯的光缆价格相差无几），如果确实光纤的资源有限，就可采用多频复用方式利用单芯或双芯传输，少占了光纤，但光发/收模块要贵许多。 
    5、利用输入/输出的模拟/数字组合，可形成数字入/模拟出或模拟入/数字出的传输系统，方便工程中的实际应用。如：从PC机出口是DVI-D的可利用数字接口光发，但到达模拟矩阵时，可用模拟接口光收，形成模拟信号；或由模拟矩阵利用模拟光发，到达大屏时利用数字光收后进入大屏的DVI-D接口。
     DVI1.0标准直接支持HDTV的RGBHV格式，如果做简单的接口转换，此系统支持HDTV和HDMI的数字传输。这类应用国内目前尚未全面展开，国外已开始广泛应用。本公司正在研制DVI-D的矩阵切换器，还有光矩阵切换器，一旦这类产品能进入实用，就能全面解决全数字甚至全光纤应用系统中的问题，为此类应用提供可行的平台。

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